Chronic lung diseases, such as idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) and chronic obstructive pulmonary disease (COPD), are major leading causes of death worldwide and are generally associated with poor prognoses. The heterogeneous distribution of collagen, mainly type I collagen associated with excessive collagen deposition, plays a pivotal role in the progressive remodeling of the lung parenchyma to chronic exertional dyspnea for both IPF and COPD. To address the pressing need for noninvasive early diagnosis and drug treatment monitoring of pulmonary fibrosis, we report the development of human collagen-targeted protein MRI contrast agent (hProCA32.collagen) to specifically bind to collagen I overexpressed in multiple lung diseases. When compared to clinically approved Gd3+ contrast agents, hProCA32.collagen exhibits significantly better r1 and r2 relaxivity values, strong metal binding affinity and selectivity, and transmetalation resistance. Here, we report the robust detection of early and late-stage lung fibrosis with stage-dependent MRI signal-to-noise ratio (SNR) increase, with good sensitivity and specificity, using a progressive bleomycin-induced IPF mouse model. Spatial heterogeneous mapping of usual interstitial pneumonia (UIP) patterns with key features closely mimicking human IPF, including cystic clustering, honeycombing, and traction bronchiectasis, were noninvasively detected by multiple MR imaging techniques and verified by histological correlation. We further report the detection of fibrosis in the lung airway of an electronic cigarette-induced COPD mouse model, using hProCA32.collagen-enabled precision MRI (pMRI), and validated by histological analysis. The developed hProCA32.collagen is expected to have strong translational potential for the noninvasive detection and staging of lung diseases, and facilitating effective treatment to halt further chronic lung disease progression.

Abstract The majority of human breast cancers are dependent on hormone-stimulated estrogen receptor alpha (ER) and are sensitive to its inhibition. Treatment resistance arises in most advanced cancers due to genetic alterations that promote ligand independent activation of ER itself or ER target genes. Whereas re-targeting of the ER ligand binding domain (LBD) with newer ER antagonists can work in some cases, these drugs are largely ineffective in many genetic backgrounds including ER fusions that lose the LBD or in cancers that hyperactivate ER targets. By identifying the mechanism of ER translation, we herein present an alternative strategy to target ER and difficult to treat ER variants. We find that ER translation is cap-independent and mTOR inhibitor insensitive, but dependent on 5’ UTR elements and sensitive to pharmacologic inhibition of the translation initiation factor eIF4A, an mRNA helicase. EIF4A inhibition rapidly reduces expression of ER and short-lived targets of ER such as cyclin D1 and other components of the cyclin D-CDK complex in breast cancer cells. These effects translate into suppression of growth of a variety of ligand-independent breast cancer models including those driven by ER fusion proteins that lack the ligand binding site. The efficacy of eIF4A inhibition is enhanced when it is combined with fulvestrant—an ER degrader. Concomitant inhibition of ER synthesis and induction of its degradation causes synergistic and durable inhibition of ER expression and tumor growth. The clinical importance of these findings is confirmed by results of an early clinical trial ( NCT04092673 ) of the selective eIF4A inhibitor zotatifin in patients with estrogen receptor positive metastatic breast cancer. Multiple clinical responses have been observed on combination therapy including durable regressions. These data suggest that eIF4A inhibition could be a useful new strategy for treating advanced ER+ breast cancer.

BRAFV600E mutation occurs in 46% of melanomas and drives high levels of ERK activity and ERK-dependent proliferation. However, BRAFV600E is insufficient to drive melanoma in GEMM models, and 82% of human benign nevi harbor BRAFV600E mutations. We show here that BRAFV600E inhibits mesenchymal migration by causing feedback inhibition of RAC1 activity. ERK pathway inhibition leads to RAC1 activation and restores migration and invasion. In cells with BRAFV600E, activating RAC1 mutation, overexpression of PREX1, PREX2, or PTEN inactivation restore RAC1 activity and cell motility. Together, these lesions occur in 48% of BRAFV600E melanomas. Thus, although BRAFV600E activation of ERK deregulates cell proliferation, it prevents full malignant transformation by causing feedback inhibition of cell migration. Secondary mutations are, therefore, required for tumorigenesis. One mechanism underlying tumor evolution may be the selection of lesions that rescue the deleterious effects of oncogenic drivers.